Часть 1 Замыкания на землю в линиях электропередачи 6-35 кВ. Особенности возникновения и приборы защиты (стр. 6 )

только на питающей подстанции 110/35/10 кВ;

два модуля параллельно на питающей подстанции и по одному модулю в нейтрали соответственно Тр2 и Тр3.

 

ВЫБОР ТИПОВ УСТРОЙСТВ ЗАЩИТЫ И СИГНАЛИЗАЦИИ

Поскольку в цепи ЛЭП1 установить кабельную вставку нет возможности, а питающая линия ЛЭП1 одна, было принято решение на ЛЭП1 установить защиту от ОЗЗ, реагирующую на напряжение нулевой последовательности. В результате на питающей подстанции было установлено два комплекта такой защиты: первый (основной) комплект присоединен к однофазному трансформатору напряжения, включенному параллельно заземляющему резистору R1. Второй (резервный) комплект присоединен к трехфазной группе трансформаторов напряжения, установленных на шинах 35 кВ питающей подстанции. Комплекты селективной сигнализации выполнены в виде токовых реле, о выборе типов и расчете уставок которых будет сказано в дальнейшем.

 

ВЫБОР УСТАВОК ЗАЩИТЫ ОТ ОЗЗ

Уставки защиты должны быть выбраны так, чтобы:

защита не срабатывала от небалансов, которые могут появиться в сети при отсутствии в ней ОЗЗ; защита срабатывала при ОЗЗ на воздушной ЛЭП при падении провода на грунт и возникновении большого переходного сопротивления.

Анализ показал, что удовлетворить сразу обоим указанным требованиям весьма непросто.
Автор настоящей статьи не нашел в известных ему публикациях указаний по поводу расчета уставок защиты от ОЗЗ, реагирующей на напряжение нулевой последовательности. К тому же основные положения расчета уставок защит, реагирующих как на напряжения, так и на токи нулевой последовательности, близки. По этой причине ниже рассмотрены основные положения по выбору уставок и проверке чувствительности таких защит.

НЕБАЛАНСЫ ЗАЩИТЫ ОТ ОЗЗ

Небаланс, связанный с разными емкостями фаз воздушных ЛЭП относительно земли Uнб.см.н.
Расположение фазных проводов воздушных ЛЭП в рассматриваемом случае – вертикальное: один провод над другим, а над ними – провод третьей фазы. В результате, как показали расчеты, максимальное различие фазных емкостей относительно земли (между верхней и нижней фазой) составило около 20%. Это привело к смещению нейтрали (небалансу), определяемому по следующему выражению:

 

 ,

 

 ;  ;  ; , (2)

В (2) CA , CB , CC– емкости относительно земли фаз А, В и С соответственно; RN– общее сопротивление всех заземляющих резисторов, включенных в нейтрали трансформаторов.
Включенные в нейтрали сторон 35 кВ трансформаторов заземляющие резисторы R1, R2, R3 существенно снизили рассматриваемую составляющую небаланса, но из-за отсутствия транспозиции проводов ЛЭП (изменения расположения проводов относительно земли) она составила 2,2% от номинального напряжения.

Для того чтобы «симметрировать» сеть, было предложено выполнить транспозицию проводов «на шинах», т.е. после развилки на ЛЭП2 и ЛЭП3 расположить провода в фазах иначе, чем на ЛЭП1. Это предложение было принято и реализовано на практике. При одинаковом расположении проводов в ЛЭП2 и ЛЭП3 небаланс снизился до 1,2%. Если же расположить провода во всех трех ЛЭП по-разному, то рассматриваемая составляющая небаланса составит примерно 0,4%. Однако при этом следует помнить, что одна из ЛЭП2 или ЛЭП3 может быть длительно отключена и тогда в расчетах придется принимать небаланс порядка 1,44% (эта величина была рассчитана для случая отключения одной из линий – ЛЭП2 или ЛЭП3).

НЕБАЛАНС, ВЫЗВАННЫЙ ВЛИЯНИЕМ ЛЭП4 И ЛЭП10

Расчеты показали, что при возникновении ОЗЗ в сети 10 кВ за счет межцепных емкостей на линиях ЛЭП1 и ЛЭП4, размещенных на общих опорах, в сети 35 кВ нейтраль дополнительно сместится (появится небаланс). На рис. 2 показаны учитываемые при расчете емкости линий ЛЭП1 и ЛЭП4, а на рис. 3 приведена схема замещения, в соответствии с которой может быть определена рассматриваемая составляющая небаланса.

 

Рис. 2. Учитываемые в расчете емкости

C1 – емкость относительно земли трех фаз линии ЛЭП1;
CM – межцепная емкость между цепями (всех трех фаз) 35 кВ и 10 кВ на ЛЭП1 и ЛЭП4;
C2 – емкость трех фаз сети 10 кВ относительно земли.

 

Рис. 3. Расчетная схема для определения небаланса, вызванного влиянием ЛЭП4

EФ – фазная ЭДС в месте замыкания на землю в сети 10 кВ;
СМ – суммарная межфазная емкость между цепями 10 кВ и 35 кВ линий ЛЭП1 и ЛЭП4;
E3 – суммарная емкость трех фаз относительно земли в сети 35 кВ;
RN2 – результирующее сопротивление заземляющих резисторов в сети 35 кВ.

Значения рассматриваемой составляющей небаланса UN2 нетрудно рассчитать в соответствии с рис. 3. Если замыкание на землю в сети 10 кВ возникает при полностью включенной сети 35 кВ, то «смещение нейтрали» сети 35 кВ составит примерно 2,75% фазного напряжения. Если ОЗЗ в сети 10 кВ возникнет при отключении ЛЭП2 или ЛЭП3, то «смещение нейтрали» составит 4,3% от фазного.
Небаланс, вызванный неидентичностью характеристик фаз трансформатора напряжения Uнб.нес. ТН Практические замеры небалансов на выводах соединенных по схеме «разомкнутый треугольник» обмоток трансформаторов напряжения 35 кВ показывают, что у большинства трансформаторов напряжение небаланса, вызванного неидентичностью фаз, не выходит за пределы 1–1,5 В, что соответствует 1–1,5% первичного фазного напряжения.
В основном комплекте защиты этот небаланс будет отсутствовать, поскольку напряжение нулевой последовательности здесь снимается непосредственно с нейтрали силового трансформатора.
В резервном комплекте этот небаланс будет присутствовать, и от него защиту надо будет отстроить.

 

НЕБАЛАНС, ВЫЗВАННЫЙ НЕСИММЕТРИЕЙ ФАЗНЫХ НАГРУЗОК

В рассматриваемой сети отсутствуют нагрузки, имеющие непосредственную связь с землей, поэтому небаланс, вызванный неравенством фазных токов таких нагрузок, не рассматриваем. Однако заземляющие резисторы, включенные в нейтрали понижающих трансформаторов Тр2, Тр3, могут вызвать в защите сети 35 кВ дополнительную составляющую небаланса. Это связано с тем, что из-за несимметрии нагрузок в сети 0,4 кВ могут возникнуть разные токи в фазах сети 10 кВ. Трансформируясь в сеть 35 кВ, эти токи могут привести к смещению нейтрали 35 кВ относительно земли.
Обычно такое смещение не приводит к небалансу по напряжениям и токам нулевой последовательности в сети 35 кВ, однако при наличии заземляющих резисторов в нейтралях понижающих трансформаторов Тр1 и Тр2 приводит к тому, что смещение их нейтралей вызывает появление дополнительного небаланса токов и напряжений нулевой последовательности. Для того чтобы рассчитать эту составляющую небаланса, необходимо знать разницу в нагрузках фаз. На стадии проектирования эти данные отсутствовали.
Предварительно значение рассматриваемой составляющей небаланса было принято равным 2,5% фазного напряжения. В процессе эксплуатации значения небаланса в различных режимах должны быть уточнены замерами реальных величин.

 

РАСЧЕТ УСТАВОК ЗАЩИТЫ ОТ ЗАМЫКАНИЙ НА ЗЕМЛЮ НА ПИТАЮЩЕЙ ПОДСТАНЦИИ

Уставка по напряжению защиты от ОЗЗ определяется, как

 

 , (3)

где Кн – коэффициент запаса, величина которого может быть принята равной 1,2–1,3;

 

(4)

При выборе уставки для основного комплекта защиты величину Uнб. нес. ТН учитывать не следует.

 , (5)
где Uф – фазное напряжение.

 

Уставка защиты по времени была выбрана равной 1,0 с для того, чтобы согласовать по селективности релейную защиту, установленную на питающей подстанции, и селективную сигнализацию КС1 и КС2.

ПРОВЕРКА ЧУВСТВИТЕЛЬНОСТИ ЗАЩИТЫ

Выше отмечалось, что в рассматриваемом случае воздушные линии проложены по территории, для которой характерны участки с высоким удельным сопротивлением грунта (скальный грунт). Кроме того, зимой возможно падение провода на снег, что также приводит к появлению в месте ОЗЗ большого переходного сопротивления.
Предлагается определять напряжение нулевой последовательности 3U0 при ОЗЗ через переходное сопротивление RП следующим образом:

 

 , (6)
где b – коэффициент полноты замыкания.

Комплексное значение коэффициента b может быть определено по следующему выражению:

 

 , (7)

 

где RП – значение переходного сопротивления в месте ОЗЗ;
CΣ – суммарная емкость сети;
ZН– сопротивление, через которое нейтраль сети соединена с землей.

Путем несложных преобразований можем найти модуль b величины.

 

 , (8)

где YR = 1 / RN;
YC – емкостная проводимость сети.

Общее сопротивление заземляющих резисторов в рассматриваемом случае

равнялось 2 кОм, суммарный расчетный емкостный ток в месте ОЗЗ в полной схеме сети – IC =19,7 А. Учитывая, что

 

 , 1/Ом , (9)